Устройство для сбора плавающей нефти

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 99 5/04,В 35 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕХЗЬСТВ(54) (57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРАПЛАВАЮЩЕЙ НЕФТИ, содержащее емкостпрямоугольной формы в плане, плавающуюна поверхности воды, имеющую в ином сечении замкнутый контур, в нчасти которой на уровне ватерлиниищено приемное устройство, снабженнопоплавками, шарнирно прикрепленнокости с помощью цапф, расположеннгоризонтально и перпендикулярно диной плоскости, и соединенное с сепным отсеком, размещенным внутри емкос родоль- осовой разме.е екемых аметраль- арационвучести. 4 О К АВТОВСНОМЪГ ниже ватерлинии и снабженным в верхнейточке каналом для отвода нефти, о т л нч а ющ е ес я тем,что,сцелью ловы.щения эффективности сбора плавающей нефтипри высоких скоростях ее движения относи.тельно собирающего устройства и упрощенияконструкции, емкость имеет прямоугольнуюв поперечном сечении форму, в продольномсечении носовая часть емкости и днищевыполнены в виде части двояковыпуклогопрофиля крыла, хорда которого расположенав плоскости статической ватерлинии, а научастке профиля крыла с наиболее низкимдавлением, выполнено отверстие, соединяющее сепарационный отсек с забортным про.странством, цапфы размещены снаружи емкости на ее боковых торцах в центре скругнления носка профиля и на них с возможное.тью вращения установлены поплавки, а вкормовой части емкости размещен отсек1172991 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 иможет быть использовано при защите окружающей среды, в частности в устройствах для сбора нефти с поверхности воды.Цель изобретения - повышение эффективнос ти сбора плавающей нефти при высоких скоростях ее движения относительно собирающегоустройства и упрощение конструкции.оНа фиг. 1 изображено устройство при отсут 10ствии движсния воды относительно устройства,продольный разрез; на фиг. 2 -узел 1 нафиг, 1; на фиг, 3 - устройство, вид в аксонометрии; на фиг, 4 - узел 11 на фиг. 3; нафиг. 5 - устройство при движении воды относительно устройства, продольный разрез,Устройство состоит из емкости 1, плавающей на пОверхности воды, впродольномсеченииее носовая часть и днище выполнены в видечасти двояковыпуклого профиля крыла, хордакоторого расположена в плоскости статическойватерлинии. Емкость 1 имеет прямоугольную в плане и;поперечном сечении форму. Внутренний объемемкости 1 вертикальной переборкой 2, горизон. 5тальной переборкой 3 и наклонной переборкой4 разделен на четыре отсека; накопительнуюкамеру 5, отсек плавучести 6, расположенныйв корме между накопительной камерой и зад-.ней кромкой профиля, сухой отсек 7, располо.30женный над накопительной камерой, и спивную 3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что сепарационный отсек разделен переборкой, имеющей уклон к носу, на пако. пительную и расположенную под ней спивную камеры, которые соединены между собой каналом, расположенным в кормовой части нако. пительной камеры и имеющем в ней порог, в верхней точке сливной камеры выполнен дополнительный нефтесборник, соединенный каналом с той частью накопительной камеры, кото. рая 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. 2камеру 8, расположенную под накопительнойкамерой,В емкости 1 выполнены два отверстия:входное отверстие 9, горизонтальная ось которо.го находится в плоскости ватерлинии, а самоотверстие выполнено в носовой части профиляи ведет в накопительную камеру, и сливноеотверстие 10, выполненное на погруженномв воду участке профиля с наиболее низкимдавлением и соединяющее сливную камеру сзабортным пространством. Оба отверстия 9 и10 выполнены в виде щелей во всю ширинуустройства. На боковых торцах емкости 1 в центрескругления носка профиля и в плоскостихорды профиля закреплены горизонтально иперпендикулярно диаметральной плоскостиустройства цапфы 11, на которых установленыпоплавки 12, имеющие возможность вращать.ся вокруг этих цапф, для чего внутри поп., лавка 12 между его бортами закрепленатруба 13, внутри которой и проходит цапфа11, а на ковше цапфы 11, выходящем эапределы поплавка 12, закреплена болтом 14стопорная шайба 15,Входное отверстие 9 закрыто лобовымлистом 16, продольное сечение которогоповторяет наружный контур скругления носкапрофиля. Лобовой лист имеет ширину, равнуюне менее двум ширинам входного отверстия,3 117299 4и длину, большую ширины емкости 1, и установлен К верхней части нефтесборника 21 лодклю.снаружи емкости 1 так, что горизонтальные оси чена труба 28, конец которой выведен черезсимметрии лобового листа и входного отверстия сухой отсек 7 за пределы емкости 1 в еесовпадают, 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 уровнерымы 29, а каждый из поплавков 12 снабватерлинии выполнена щель 17, к которой при. жен рымом 30, установленным в носовойсоединен канал 18, входящий в накопитель- части поплавка.ную камеру 5. Длина щели 17 равна длине Емкость 1 погружена в воду так, чтовходного отверстия 9. 10 хорда профиля лежит в плоскости статическойПрофиль поперечного сечения канала 18 ватерлинии, когда вода не движется относительсовпадает с профилем поперечного сечения но устройства, при этом суммарная выталки.щели 17, в продольном сечении профиль вающая сила, создаваемая погруженными вканала 18 повторяет внутренний контуР скруг воду частями поплавков 12и авков и отсека плаву.пения носка профиля крыла, а сам канал 18 15 чести 6 равна массе устр, равна массе устройства, не заполненнозакреплен на лобовом листе 16. так, чтомежду листом, образующим канал со стороны 1 у ма на. Ммарная выталкивающая сила поплавноска профиля, и емкостьюимеется зазоР, ков 20 равна половинеравна половине суммарной массынапример не менее 2 мм, Выходное отверс лобового листа 16 канал 18 19,, канала и щектие канала 18 находится в нижней части 20 Устройство работастройство ра отает следующим образом.накопительной камеры 5, при этом лобовой Уст роиство опущеннолист 16 с помощью прикрепленных к нему верстие заполняется водой до тех пор, пощек 19, параллельных боковым торцам ка вода не дойдет до переборки 3. При этомемкости 1 и проходящих снаружи емкости, возд х из стройства выходит через каналприсоединен к цапфам 1 с возможностью 25 (цо закрытия его выходноо зак ытня его выходного отверстия водой)вращения вокруг их общей оси.На лобовом листе 16 за пределами щели дой оно считается привелен опривеленным в раоочее17 закреплены поплавки 20, выполненные всостояние.виде полых вертикальных шайб, частично ос, е п иведения стройства в рабочее соспогруженных в воду. тояние для сбора им нефтепродуктов необхоПереборка 3 лежит в одной плоскости димо обеспечить движения воды относительнохордои профиля и имеет в своей носовой устройства. Если на акватории, где разлитычасти нефтесборник 21, днище которого возвы- нефтепродукты, нет течений, то устройствошается над переборкой,апереборка 4 имеет, необходимо буксировать, если течения есть, тоуклон в нос, уменьшающийся, но не исчезаю. 1 устройство необходимо закрепить ниже пятнащий при движении волы относительно устрой. по течению, повернув его щелью 11 противства. течения,Накопительная камера 5 и сливная камера При отсутствии движения воды относительно8 о динены между собой каналом 22, располо. Устройства оно плавает на поверхности водыженным в кормовой части накопительной ка. 4 О так, что хорда профиля лежит в плоскостимеры у переборки 2 и имеющим в накопи- ; статической ватерлинии. При этом суммарнаятельной камере порог 23, выталкивающая сила погруженных в водучастей поплавков 12 и отсека плавучести 6На 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 обаем, и,сливной камеры) выполнен дополнительный вследствие этого малую длину, что способнефтесборник 24, соединенный каналом. 25. с ствует лучшему слежению их эа профилемтой частью накопительной камеры, которая волны, вследствие чего носовая часть устрой.находится на расстоянии 1/4 - 1/2 длины этой ства хорошо повторяет профиль волны.камеры от порога. Переборка 26, образующаяР У 50 При движении воды относительно устройсовместно с переборкой 4 канал 25, параллель-,на переборкебо 3.ства профиль, крыла деформирует набегающий на него поток воды так, что длина путиКанал 18 отделен от внутренней полости частицы жидкости, обтекающей профиль, станонефтесборника 21 переборкой 27, продольныйввится больше, чем длина пути частицы,профиль которой повторяет продольный про 55 движу ейся св бодвижущейся в свободном потоке, поэтомуфиль канала 18, а сама пе бо ка 27 становдля сохранения сплошности потока на поверхчлена таким образом, что между ней и канаг, ности крыла скорость обтекания возрастает, алом имеется зазор, например не менее 2 мм. давление уменьшается ниже атмосферного, 117299120 в результате чего на крыло действует топящаясила, которая поворачивает его вокруг оси цапф 11до тех пор, пока эта сила не будет скомпенсирована выталкивающей силой на профиле, возникающей от того, что в воду вошли дополни.тельные объемы: сухого отсека 7 и отсека6 плавучести. Вследствие этого при движенииустройства плоскость хорды составит с плос.костью ватерлинии некоторый угол, площадь 10ватерлинии уменьшится, а горизонтальная осьотверстия 9 выйдет из плоскости ватерлинии.Этот угол способствует тому, что нефть, отде.лившаяся от воды в накопительной камере 5,Ьпод действием сил плавучести перемещается 15вдоль переборки 3 в сторону нефтесборника 21,Поскольку отверстие 9 жестко связано семкостью 1, то при перемещении поплавков12 вследствие волнения оно перемешается повертикали, то выступая из воды, то чрез.мерно погружаясь в воду, поэтому в предлагаемом устройстве поплавки 20 следят за про.филем волны и, поворачивая лобовой лист16 вокруг оси, обшей с осью врашения поплавков 12, заставляют щель 17 повторятьпрофиль волны, Так как суммарная выталкива.юшая сила погруженных в воду частей поплавков 20 равна половине суммарной массылобового листа 16, канала 18 и шек 19, тоих объем очень мал и они четко реагируют 30на любую волну.Кроме того, поскольку канал 18 в продоль"ном сечении изогнут по радиусу окружностис центром в центре скругления носка профиля, то его кромки всегда перпендикулярны 85воде, т, е. канал не имеет плоскости, демпфирующей его движение в воде.При движении воды относительно устроистванижняя кромка щели 17 подрезает слойводы с плавающей в нем нефтью и по каналу 4018 направляет его в нижнюю часть накопитель.ной камеры 5, т, е. под уровень воды,заполняющей накопительную камеру,При этом для повышения эффективностисбора на высоких скоростях необходимо обеспечить, чтобы расход потока, набегающего нашель 17, был равен расходу через канал 18,так как только в этом случае нет подтеканиянефти под устройство, перехлестывания ее черезнего или угона ее от устройства при образовании обоатной волны.Ввиду потерь напора при движении нефтеводяной смеси в канале 18 ее скорость мо.жет уменьшаться, что при равенстве плошадей сечений шели 17 и канала 18 приведет к 55уменьшению расхода через канал 18. Однаковвиду того, что участок профиля с наиболеенизким давлением на подводной части емкости 1 соединен отверстием 10 со сливной камерой 8, сливная камера соединена каналом 22 с накс пительной камерой 5, а накопительная камера соединена каналом 18 и шелью 17 с поверх. ностным слоем воды, то под действием атмосферы давление в плоскости щели 17 увеличит. ся 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 раэ скорость входа нефтеводяной смеси в нако. пительную 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 пери.ферии, затем в вяэкостное торможениеструи внешним потоком, направленным от неподвижной жидкости к струе, постепенно вовлекаются частицы, находящиеся вобластях, все более близких к оси струи, наконец тормозяшее влияние внешнего потока распространяется на всю струю, котораясмешивается с окружающей ее неподвижнойжидкостью, 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 жидкостипри 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.Нефтеводяная смесь в накопительной и сливной камерах находится под давлением ско. ростного 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 10 камеры, откуда под действием выталкивающей силы перемещаются вдоль переборки 3 внефтесборник 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 нефтесборнике 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.