Результат интеллектуальной деятельности: СУДНО- НЕФТЕМУСОРОСБОРЩИК

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам для сбора загрязнений с поверхности воды.

Такие суда называются нефтемусоросборщиками (НМС) и предназначены для работы на акваториях портов, на реках при аварийных разливах нефти.

Существуют НМС «Ламор», где в первый контур (бортовые пороги - прорези в борту судна) поступает нефтеводяная смесь, затем внутри судна нефть отделяется олеофильным устройством, а отсепарированная вода сливается в море. Этот НМС, работающий в море, как правило, может собирать нефть только в движении, на переднем ходу, но не может работать без движения относительно воды «на стопе», что часто необходимо при работе в порту, на рейде.

Известен отечественный НМС, проект 2550/5, который содержит корпус с цистерной, двигателем и движителем.

Он может собирать нефть, находясь без движения, т.е. подтягивает к себе (засасывает) поверхностный слой воды, а затем сепарирует либо отстаивает нефть с последующей перекачкой нефти в танки (цистерны).

Но этот НМС имеет низкий КПД и сложные кормовые обводы, обладающие значительным сопротивлением. К тому же, при маневрировании отраженные струи заднего хода отталкивают нефтяную пленку и мусор.

Известны НМС по патентам России на полезную модель RU 114691 U или на изобретение RU 2066654 CI, которые теоретически можно использовать для сбора нефти, но низкий КПД и значительные сложности в реализации делают их малопривлекательными.

Известен наиболее близкий к предлагаемому НМС, по патенту RU 2227785 CI (прототип), так как он отвечает всем требованиям, предъявленным к НМС. Этот НМС содержит корпус с двигательно-движительным комплексом, внутри корпуса расположена цистерна, перед которой расположен порог в виде металлического щита с прорезью и отверстиями, к которым подсоединены гибкие трубопроводы, другие концы которых соединены с насосом, размещенным на НМС. Отстоявшаяся вода из цистерны откачивается за борт вторым насосом, благодаря чему в цистерне остается только нефть.

Металлический щит - приемник нефти автоматически регулируется по высоте пропорционально изменению водоизмещения от принятой нефти в цистерну.

Двигательно-движительный комплекс (ДДК) не связан с процессом сбора, перекачки, отстоя нефти и откачки отсепарированной воды за борт, что облегчает работу оператора.

НМС в автоматическом режиме обеспечивает нужное положение нефтеприемного устройства (порога) по высоте, что облегчает работу оператора и положительно влияет на качество нефтесбора, но значительно удорожает проект.

Насос, обеспечивающий перекачку нефтеводяной смеси от металлического щита до цистерны, должен быть весьма мощным, чтобы обеспечивать большой поток нефтеводяной смеси, необходимый для обеспечения подтягивания (засасывания) нефти в приемный металлический щит, что позволит осуществлять сбор нефти без движения относительно воды («на стопе»), но значительно увеличит энергозатраты и приведет к удорожанию постройки судна.

Содержание нефти в поверхностном слое воды составляет 2-5%, а на волнении 0,5-2%, следовательно, откачивающий воду насос должен быть той же мощности, что и перекачивающий насос, а это также ведет к удорожанию проекта. Движение судна навстречу волнению или работа на «стопе» при волнении со стороны нефтеприемного щита приведет к образованию отраженных от щита волн, которые будут отбрасывать находящуюся на поверхности воды нефть обратно, что может существенно снизить КПД сбора.

Следует отметить, что до щита (нефтеприемного устройства) нефть находится поверх воды, а после щита и особенно после перекачивающего насоса нефть и вода полностью смешиваются, и этот нефтеводяной поток создает в цистерне значительную турбулентность. Чтобы нефть успела отстояться и всплыть до подхода к приемнику откачивающего насоса, размер цистерны (а значит и судна) должен быть большим.

В целом, НМС по патенту 2227785 является функциональным, удобным в работе, хотя и весьма дорогостоящим судном большого размера.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности нефтемусоросбора, снижение стоимости постройки и эксплуатации судна.

Задача решается тем, что, как и в ближайшем аналоге, судно-нефтемусоросборщик содержит корпус с двигательно-движительным комплексом, и имеет внутри корпуса цистерну, систему мусоросбора, разделения и перекачки нефти, а также входной порог, расположенный перед цистерной.

Отличие состоит в том, что оно дополнительно содержит вторую цистерну со вторым порогом, расположенную последовательно за первой цистерной, а также два водяных канала, посредством которых нижняя часть соответствующих цистерн соединена с расположенным на корме судна движителем, причем первый порог расположен ниже второго порога.

Отличие может состоять в том, что судно дополнительно может содержать третью цистерну с третьим порогом.

Отличие также может состоять в том, что судно может быть оборудовано двумя и более движителями.

Последовательное расположение цистерн с порогами соответствующей высоты и соответствующими водяными каналами, соединенными с движителем, обеспечивает образование двух нефтеводяных потоков, причем во вторую цистерну нефть засасывается с поверхности первой цистерны.

Поверхностный слой воды, несущий на себе нефть и мусор, не меняет направления движения на входе в НМС, не перемешивается в толще, а всасывается внутрь судна под воздействием двух потоков жидкости (один поток над другим), причем второй поток -поверхностный.

Таким образом, прямая, регулируемая двухпоточная схема НМС и присущие ей признаки отличают предлагаемое изобретение от прототипа, то есть она соответствует критерию изобретения «новизна».

При изучении патентной и научно - технической литературы не обнаружены объекты, содержащие признаки, отличающие заявляемый объект от прототипа, ввиду чего он соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

На фиг. 1 изображен вид сверху по ватерлинии (WW), на фиг. 2 изображено сечение судна по ДП (диаметральная плоскость).

Предлагаемое судно - нефтемусоросборщик (НМС) представляет собой, например, катамаран с корпусами 1, днищем 2 и транцем 3 (кормовым листом, соединяющим оба корпуса 1 и днище 2 катамарана в корме).

Пространство между корпусами заполнено водой и разделено на два объема - первую цистерну 4 и вторую цистерну 5, каждая из которых имеет собственный входной порог 6 и 7.

Высота каждого порога выполнена регулируемой, причем первый порог 6 должен быть ниже второго порога 7. Обе цистерны 4 и 5 в нижней части соединены с движителем 8 водяными каналами 9 и 10. Поперечные сечения водяных каналов выполнены регулируемыми с помощью, например, заслонок (не показаны).

В качестве движителя 8 можно использовать водомет, гребной винт в насадке, дооборудованный ковшом заднего хода, или дооборудованный подвесной лодочный мотор взрывобезопасного исполнения.

Перед первым порогом 6 и после него необходимо установить отражатели (волногасители) 11 и сетку 12 для сбора плавающего мусора.

НМС работает следующим образом.

Нефтяная смесь, входящая (всасываемая) в НМС через первый порог 6 в первую цистерну 4 со скоростью V, резко снижает скорость в цистерне 4, так как площадь поперечного сечения цистерны в несколько раз больше площади поперечного сечения первого порога 6, однако поверхностная часть потока, несущего нефть, не только не снижает скорости движения, а увеличивает ее за счет всасывания через второй порог 7 со скоростью V₂, что исключает подпор (поджатие) собранной поверхностной нефти и выброс ее вперед на волнении.

Нефтеводяная смесь во вторую цистерну 5 поступает из первой цистерны 4 через второй порог 7.

Расчеты работы предлагаемого НМС показывают следующее.

Поток воды, образованный движителем 8, состоит, как было указано выше, из двух потоков: q₁ - из первой цистерны 4 и q₂ - из второй цистерны 5. Зная диаметр винта, его шаг и число оборотов, можно получить величину суммарного потока Q (м³/сек).

Очевидно, что Q=q₁+q₂.

Эксперименты, проведенные на реальном водометном движителе AMERICAN TURBINE SD-203, установленном на катамаране Э - 2, показали, что для удовлетворительной работы потоков, q₁ должен ориентировочно составлять величину 2,2 q₂

Q=2,2 q₂+q₂=3,2 q₂,

Отсюда становится известной величина q₂.

Такое соотношение потоков характерно для конкретного соотношения площадей сечения порогов, сечений цистерн и их объемов.

Для НМС, работающего в порту, на реках и каналах зададимся высотой волнения h=0,6 м, тогда первый порог 6 должен быть ниже ватерлинии на 300 мм. Отсюда площадь сечения входного потока составит

S₁=0,3 B,

где В - расстояние между корпусами катамарана на входе в первую цистерну 4 в метрах.

Скорость всасывания нефтеводяной смеси на входе в НМС составит

V₁=q₁/S₁=2,2q₂/0,3 В (м/сек)

Если величина второго порога 7 равна 100 мм, то скорость всасывания на втором пороге 7 составит

V₂=q₂/S₂=q₂/0,1 В (м/сек)

Потоки внутри НМС, построенного по указанному принципу, будут отличаться от экспериментальных, так как водяной канал из первой цистерны 9 (днищевой) будет изнутри снабжен ребрами жесткости (флорами), что несколько увеличит сопротивление движению потока. Для компенсации этого явления площади сечений потоков, как было указано выше, выполнены регулируемыми.