Устройство для сбора нефтепродуктов

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Устройство содержит вихревую камеру (ВК) с входом и выходом для собираемой нефти, привод для ее вращения, завихритель (З), поплавки, силовую раму (СР), емкость для накопления собранной нефти, а также трубопровод и насос. ВК состоит из крышки (К) в виде тела вращения, по оси закрепленного на валу двигателя, а дно К спрофилировано и сопряжено с цилиндрической юбкой К. На радиально установленных в К по ее периферии пластинах, как на пилонах, закреплено днище ВК, выполненное в виде усеченной, профилированной вершиной вниз воронки (В). Основание В образует кольцевой, равномерный по периметру зазор с юбкой К, который является выходом из ВК, а входом в ВК является отверстие в вершине (В). На В установлен дополнительный З, выполненный в виде профилированных плоских пластин (П), радиально закрепленных снаружи В вблизи от ее вершины, причем все П З расположены в колпаке, плоскость среза которого параллельна плоскости выходного отверстия и плоскости зеркала разлитой нефти. Внутренняя поверхность (ВП) крышки и воронки ВК спрофилированы, при этом ВП профилированной В является гиперболоидом вращения и на нее нанесено покрытие. СР установлена на подвижном шасси с двигателем, а само устройство для сбора нефти оснащено системой автоматического поддержания требуемой величины зазора между зеркалом нефти и плоскостью вершины усеченной профилированной В. При вращении вала привода 3 создает воздушный кольцевой вихревой поток с пониженным атмосферным давлением по оси ВК. Из-за падения давления водная поверхность выпучивается в зоне приемного отверстия ВК и дает разлитую на ней нефть в полость вихревой камеры. Попав на внутреннюю поверхность В, нефть за счет центробежных и адгезионных сил поднимается к основанию В, откуда через кольцевой зазор сливается в накопитель. Создание вихревых течений в воздушной среде как в самой ВК, так и над зеркалом нефти в зоне входного отверстия в ВК, позволяет уменьшить энергетику установки и повысить качество сепарации нефти от воды. Кроме того, устройство может быть применено и для сбора разлитой нефти с твердой поверхности. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сбора с поверхности жидких загрязнений, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например при ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, в том числе и с акваторий естественных и искусственных водоемов.

Известны устройства для удаления нефти с помощью вращающегося конусообразного тела, опущенного вершиной в воду [1, 2]. При вращении конуса жидкие загрязнения, находящиеся на поверхности водоема, поднимаются по поверхности конуса от вершины к его основанию за счет суммарного действия центробежных сил и сил адгезии. Однако эффективность работы таких устройств недостаточна, поскольку адгезионное сцепление для различных пар соприкасающихся материалов различно. Поэтому различные материалы будут убираться с поверхности воды с различной эффективностью.

Для повышения эффективности забора нефти (загрязнения) в устройствах для сбора нефтепродуктов часто применяют завихрители для создания в жидкости воронки, в которой собирается нефть и откуда ее легче забрать [3, 4].

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды по а.с. СССР 1516578 [5]. Устройство по [5] состоит из поплавков, на которых установлена коническая воронка, в полости которой скапливается вода с нефтью и которая фактически является вихревой камерой, поскольку в находящейся в воронке жидкости создаются с помощью завихрителя, установленного на валу двигателя, вихревые течения.

Основным недостатком этого устройства является низкая эффективность сбора и отделения нефти и нефтепродуктов от воды, низкая производительность устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности сбора и отделения нефти и нефтепродуктов от воды, повышение производительности работы устройства.

На чертеже изображена принципиальная схема (разрез) устройства.

Устройство состоит из силовой рамы 1, установленной на поплавках 2. На силовой плите 3, закрепленной на раме 1 с возможностью ее перемещения по высоте рамы, установлен двигатель 4. На валу 5 двигателя закреплена вихревая камера, образованная крышкой 6 с профилированной внутренней поверхностью, которая является поверхностью вращения, плавно сопряженной с цилиндрической юбкой 7 и профилированной конической воронкой 9 с усеченной вершиной вниз. Причем обе части вихревой камеры соединены друг с другом по периферии пластинами-пилонами 8, радиально установленными относительно осей как крышки 6, так и профилированной конической воронки 9. При этом основание воронки образует кольцевой зазор с внутренней поверхностью юбки 7. Вблизи вершины профилированной воронки на ее наружной поверхности установлен завихритель, состоящий из кожуха-колпака 10, в полости которого на наружной поверхности воронки 9 радиально закреплены спрофилированные в плоскости лопатки 11. Для накопления собранной нефти служит накопительная емкость 12, установленная на поплавках, в которой выполнена кольцевая щель, в которую с зазором входит часть юбки 7 и через которую происходит слив собранной нефти. Тем самым, входом в вихревую камеру является отверстие в вершине воронки, а выходом из вихревой камеры является кольцевой зазор (кольцевая щель), через который происходит слив собранной нефти.

Поскольку конструктивно объем емкости 12, предназначенной для накопления собранных нефтепродуктов, ограничен, то необходим постоянный отвод собранной нефти из этой емкости в емкости (накопители) гораздо большего объема, в стационарные накопители. Система отвода собранных нефтепродуктов (нефти) и стационарные накопители на чертеже не показаны. Таким образом, емкость 12 фактически является промежуточной емкостью для накопления собранной нефти.

Расчеты показывают, что эффективность сбора разлитой нефти (нефтепродуктов) с помощью предлагаемого устройства главным образом зависит от кинематических характеристик и позиционирования вихревой камеры относительно поверхности разлитых нефтепродуктов, т.е. от угловой скорости вращения вихревой камеры и величины зазора между зеркалом нефти и плоскостью входного отверстия в воронку 9. Оптимальные значения этих параметров зависят от физико-химических параметров разлитого нефтепродукта, от состояния поверхности, на которую разлит нефтепродукт, от погодных условий и т.д. Оптимальные значения скорости вращения вихревой камеры и величины зазора между зеркалом собираемого нефтепродукта и плоскостью отверстия в вершине воронки 9 необходимо подбирать для каждого конкретного случая экспериментально в ходе настройки устройства. Система для продольного перемещения силового привода вихревой камеры вдоль оси вала привода на чертеже не показана.

Устройство работает следующим образом.

Перед запуском двигателя 4 выставляется путем перемещения силовой плиты 3 относительно рамы 4 требуемая величина зазора между зеркалом нефти и плоскостью среза вершины воронки 9. После запуска двигателя 4 завихритель лопатками 11 создает над поверхностью нефти кольцевой воздушный вихрь. По оси этого вихря понижается статическое атмосферное давление, и водная поверхность в этой зоне выпучивается, одновременно приподнимая и слой нефти. Повышению уровня подъема нефти в вершине воронки (в зоне заборного отверстия) будут способствовать и вихревые течения, создаваемые в вихревой камере пластинами-пилонами 8, поскольку такие течения дополнительно уменьшают статическое давление по оси вихревой камеры. При выпучивании воды в зоне приемного отверстия вихревой камеры соответственно поднимается и пленка нефти, разлитая по поверхности воды. При соприкосновении пленки нефти с внутренней поверхностью воронки 9 происходит ее прилипание к поверхности.

При вращении воронки 9, за счет адгезии пленки нефти к поверхности воронки и центробежных сил инерции, нефть поднимается по стенке воронки к ее основанию. Через щель, существующую между основанием конической воронки 9 и юбкой 7, нефть сбрасывается в накопительную емкость 12, откуда она может быть откачена с помощью насоса, не показанного на чертеже, по трубопроводам, также не показанным на чертеже, в более объемные накопители.

Так как движение жидкости по стенке воронки является пленочным, то вместе с пленкой нефти в накопительную емкость 12 может попасть только незначительное количество воды. Более того, попадание воды на поверхность воронки возможно только в случае смачивания части воронки водой. Однако, подбирая величину зазора между поверхностью (зеркалом) нефти и плоскостью входного отверстия в вихревую камеру, вероятность такого смачивания можно значительно уменьшить. Используя различную адгезионную способность разных по природе жидкостей (нефть-вода) к одной и той же поверхности, можно подобрать такой материал поверхности воронки, что подниматься по ней будет только нефть. Такой материал можно нанести в виде покрытия на часть поверхности воронки вблизи ее вершины. Расчеты показывают, что при выполнении профиля воронки по гиперболе можно свести поступление воды в емкость 12 до нуля.

Таким образом, предлагаемое нефтесборное устройство обладает в сравнении с известными техническими решениями той особенностью, что не требует погружения нефтесборника в воду и обеспечивает высококачественную сепарацию нефти от воды без дополнительных механизмов. При этом в устройстве создается вихревое течение не в водяной среде, как это имеет место для всех аналогов, а в воздушной среде. При этом такой воздушный вихрь двойной - один в вихревой камере, другой в зоне входного отверстия в вихревую камеру. В результате этого повышается эффективность всасывания нефти во входное отверстие вихревой камеры, что обеспечивает высокую эффективность сбора разлитой нефти, снижаются энергозатраты на создание вихревых течений.

Испытания модели предлагаемого устройства с диаметром юбки 7 в 600 мм показали ее производительность в 10 тонн собранной нефти в час. Более того, малые габаритные размеры устройства позволяют эффективно вести сбор нефти и при волнении в 7-8 баллов.

Предлагаемое устройство может быть использовано и для сбора разлитых нефтепродуктов с твердого грунта, но в этом случае само устройство необходимо установить на подвижном шасси, чтобы можно было перемещать устройство в соответствии с рельефом местности сбора разлитых нефтепродуктов. Но именно сложный, как правило, рельеф местности требует обеспечения постоянства величины зазора между зеркалом разлитой нефти и плоскостью входного отверстия в вихревую камеру. С этой целью предлагаемое устройство необходимо оснастить системой автоматического поддержания требуемой величины зазора между зеркалом разлитых нефтепродуктов и плоскостью входного отверстия (плоскость вершины) усеченной профилированной воронки 9. На чертеже эта система не показана.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 730930, кл. Е 02 В 15/04, опубл. 30.04.80, Бюл. 6.

2. Авторское свидетельство СССР 1133343, кл. Е 02 В 15/04, опубл. 07.01.85, Бюл. 1.

3. Авторское свидетельство СССР 472907, кл. Е 02 В 15/04, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР 709003, кл. Е 02 В 15/04, В 63 В 35/32, опубл. 05.01.80, Бюл. 1.

5. Авторское свидетельство СССР 1516578, кл. Е 02 В 15/04, опубл. 23.10.89, Бюл. 39.

Формула изобретения

1. Устройство для сбора нефтепродуктов, в частности с поверхности воды, включающее вихревую камеру с входом и выходом для собираемой нефти, привод для ее вращения, завихритель, поплавки, силовую раму, емкость для накопления собранной нефти, трубопровод, насос, отличающееся тем, что вихревая камера состоит из крышки, представляющей собой тело вращения, по оси закрепленное на валу двигателя, а дно крышки спрофилировано и сопряжено с цилиндрической юбкой крышки, при этом, на радиально установленных в крышке по ее периферии пластинах, как на пилонах, закреплено днище вихревой камеры, выполненное в виде усеченной профилированной вершиной вниз воронки, причем основание воронки образует кольцевой равномерный по периметру зазор с юбкой крышки, который является выходом из вихревой камеры, а входом в вихревую камеру является отверстие в вершине воронки, при этом на воронке установлен дополнительный завихритель, выполненный в виде профилированных плоских пластин, радиально закрепленных снаружи воронки вблизи ее вершины, причем все пластины завихрителя расположены в колпаке, плоскость среза которого параллельна плоскости входного отверстия и плоскости зеркала разлитой нефти.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность крышки и воронки вихревой камеры спрофилированы из условия минимизации газодинамических потерь и повышения качества сепарации воды и нефти, при этом внутренняя поверхность профилированной воронки является гиперболоидом вращения и на нее нанесено покрытие.

3. Устройство по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что привод на силовой раме установлен с возможностью его перемещения вдоль оси вала привода для регулирования величины зазора между зеркалом нефти и плоскостью вершины усеченной профилированной воронки.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что силовая рама устройства с емкостями для сбора нефти установлена на подвижном шасси с двигателем, а само устройство оснащено системой автоматического поддержания требуемой величины зазора между зеркалом нефти и плоскостью вершины усеченной профилированной воронки.

РИСУНКИ

Рисунок 1