Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ И СБОРА НЕФТИ ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для локализации и сбора пятна нефти или нефтепродуктов, в том числе мощного его потока на любой водной поверхности. Возможно использование изобретения для локализации и сбора аварийных разливов нефти, вокруг морских и речных нефтеналивных терминалов, морских нефтедобывающих буровых платформ, а также для укомплектования нефтеналивных танкеров, морских буровых платформ, а также на мелководье береговых участков прибрежной полосы территории, которым угрожает разлив нефти.

Известны средства для локализации разлившихся на водной поверхности нефти или нефтепродуктов в виде боковых заграждений (см., например, сайт «www.northern.ru» фирмы ЗАО «Северное море», выпускающей указанное оборудование). При этом боновые заграждения могут быть различной конструкции и назначения: боны постоянной плавучести, аварийные боны, сорбирующие боны.

Известно также устройство для локализации плавающих загрязнений, включающее боновое заграждение, закрепленное соединительным концом на плавсредстве. Указанное боновое заграждение снабжено разъемным соединительным элементом, состоящим из двух частей, одна из которых закреплена на носовой части плавсредства, другая - на свободном конце бонового заграждения, с возможностью механического сопряжения одной части с другой. При этом боновое заграждение выполнено полым и соединено с источником сжатого воздуха (Авторское свидетельство SU №1759235, кл. E02B 15/04 от 30.08.1992).

Данное устройство недостаточно эффективно в работе, так как осуществить замыкание бонового заграждения, особенно в период волнения на водной поверхности, достаточно сложно. Кроме того, это устройство для сбора нефти непригодно для локализации и сбора нефти на большой площади. Другим недостатком является то, что оно имеет ограниченную область применения, например около береговых терминалов или в закрытых акваториях, требует наличия автономных буксировочных средств для подтягивания бонового заграждения, но не приспособленного для мелководья береговых участков прибрежной полосы территории, которым угрожает разлив нефти.

Известно также устройство для сбора нефти с поверхности воды, включающее плавучее гибкое боновое заграждение, один конец которого соединен с буксиром, другой - с нефтесборщиком, имеющим средства откачки нефти. На внутренней стороне бонового заграждения размещено гибкое листовое полотнище с возможностью съема (Авторское свидетельство SU №1537749, кл. Е02В 15/04 от 3.01.1990).

Известное устройство недостаточно эффективно при сборе разливов нефти или нефтепродукта на больших площадях и не позволяет осуществить оперативный сбор нефти или нефтепродукта, в частности, из-за невозможности приведения его в рабочее состояние в относительно короткий промежуток времени и для объектов с различными скоростями течения воды, а также не приспособлено для мелководья береговых участков прибрежной полосы территории, которым угрожает разлив нефти.

Известно также средство для быстрого наполнения рукава бонового заграждения, осуществляемого посредством баллончиков с газом CO₂ или другим газом, расположенным на юбке бонового заграждения (Патент US №5197821 от 30.03.1993). Однако данное наполнение требует времени, и мгновенно в этом случае этот процесс произойти не может. Что касается размещения бонового ограждения на судне-перевозчике, то известно, что боновое ограждение может храниться в одном месте в собранном виде (Патент US №5197821).

Кроме того, известно из источников, что боновое ограждение должно быть закреплено на судне и причем с помощью легко отсоединяющихся креплений. Однако все это касается судов специального назначения, предназначенных для ликвидации последствий аварий.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является устройство для локализации сбора нефти или нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее судно-нефтесборщик со средствами откачки нефти, полое гибкое боновое заграждение, соединенное одним концом с буксиром, оно содержит второй буксир, к которому присоединен другой конец бонового заграждения, судно-нефтесборщик выполнено в виде катамарана, корпуса которого прикреплены к расположенному между ними каркасу, внутри которого на вертикальных осях, имеющих приводы, расположен ряд барабанов по длине каркаса и, по крайней мере, два ряда барабанов по его высоте, а на каждый барабан намотана отдельная лента бонового заграждения, имеющая на концах соединительные элементы для механического сопряжения с соседними лентами, при этом боновое заграждение выполнено с возможностью соединения его полостей с источником сжатого воздуха и выпуска из них воздуха. Боновое заграждение имеет возможность отсоединения от буксиров и замыкания его в кольцо (Патент №2249078, кл. Е02В 15/04 от 27.03.2005).

Изобретение обеспечивает достаточную эффективность локализации и сбора нефти или нефтепродуктов за счет охвата большой площади их разлива и оперативности развертывания бонового заграждения, а также за счет возможности одновременного свертывания другой его части.

Однако указанное устройство в сочетании со специальным буксиром и представляет собой специальное средство ликвидации уже произошедшей экологической аварии, которое приходит на помощь судну, например, потерпевшему аварию через какое-то время. При этом необходимо, чтобы устройство-буксир отдельно мог присоединить к своему концу боновое заграждение, и на буксирах дополнительно размещают компрессоры для накачивания воздуха в полости бонового заграждения, что достаточно громоздко и сложно в эксплуатации. Кроме того, для дополнительной подкачки воздуха в полости бонового заграждения требуется расположение дополнительного компрессора, который устанавливают на катамаране-нефтесборщике для заполнения воздуха боновых заграждений, а на это также нужно большое количество времени на затраты его заполнения в больших объемах. В результате чего отсутствует мгновенное заполнение, например, в ситуации, когда необходимо непосредственно окольцовывать места потенциальной утечки нефти или нефтепродуктов или пятна на большой площади при волнении на море для предотвращения распространения их разлива на водной поверхности, а также, в частности, возможность использования буксира на мелководье без наличия непосредственно сжатого воздуха на береговых участках прибрежной полосы территории, которым угрожает разлив нефти, что резко снижает эффективность бонового заграждения.

Дополнительный поиск среди известных в науке и технике решений, имеющих те же существенные признаки, показал, что устройство для локализации и сбора нефти или нефтепродуктов с поверхности воды по заявленному изобретению обладает новыми свойствами, не совпадающими со свойствами устройств боновых заграждений в известных решениях, в частности применения и расширения функций буксиров, что позволяет сделать предварительный вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения

Целью (задачей) заявляемого изобретения является расширение арсенала и сферы применения устройства для локализации и сбора нефти или нефтепродуктов с поверхности воды за счет эффективности работы нового буксира, выполненного плавучим транспортным средством на пневмопотоке, выполненного в качестве применения импеллера и максимального использования им для создания сжатого воздуха как для движения буксира, так и непосредственно подачи сжатого воздуха в полость боновых заграждений, и относительной простоты подсоединения его практической реализации, а также устройство тяговой силы и лучшей управляемостью (это возможно сравнить только при заправке самолета в воздухе горючим продуктом непосредственно в полете).

Технический результат от использования изобретения заключается в возможности одновременной локализации и сбора нефти, сокращении времени сбора нефтепродуктов, и повышении качества работы устройства в целом на поверхности водных объектов, и непосредственном поступлении сжатого воздуха для работы в режиме высокого давления как движителя самого буксира, так и заполнения воздухом полостей боновых заграждений.

Указанный технический результат достигается тем, что заявленное устройство для локализации и сбора нефти или нефтепродуктов с поверхности воды, содержит судно-нефтесборщик со средствами откачки нефти, полое гибкое боновое заграждение, соединенное одним концом с буксиром, кроме того, содержит второй буксир, к которому присоединен другой конец бонового заграждения, судно-нефтесборщик выполнено в виде катамарана, корпуса которого прикреплены к расположенному между ними каркаса, внутри которого на вертикальных осях, имеющих приводы, расположен ряд барабанов по длине каркаса и, по крайней мере, два ряда барабанов по его высоте, а на каждый барабан намотана отдельная лента бонового заграждения, имеющая на концах соединительные элементы для механического сопряжения с соседними лентами, при этом боновое заграждение выполнено с возможностью соединения его полостей с источником сжатого воздуха и выпуска из них воздуха, буксир выполнен плавучим транспортным средством на пневмопотоке, а в качестве движителя применено нагнетательное устройство в виде импеллера, воздух из сопла которого подается под углом под днище плавающего средства в виде пневмоканала, создающего газодинамическую струю высокого давления, и подсоединяют сопло импеллера с возможностью соединения его посредством газовоздушной трубки с краном с полостью бонового заграждения с элементами механического сопряжения.

Кроме того, днище пневмоканала с боковых сторон ограничено двумя параллельными корпусами, жестко соединенными в верхней части палубы, имеющего надстройку и двигательный корпус.

Кроме того, вход в импеллер выполнен размещенным над палубой всасывающим раструбом заподлицо с ним, входное отверстие которого снабжено сетчатым экраном.

Кроме того, сзади, со стороны кормы, параллельные корпуса имеют рули с поворотными щитками.

Плавающий пневмобуксир имеет необходимую посадку в водную поверхность, под днищем которого формируют газодинамическую струю высокого давления для получения сжатого воздуха в режиме перемещения буксира на пневмопотоке и одновременно возможности подачи воздуха в полость бонового заграждения, т.е. происходит это в одном устройстве как в движении, так и на стояке с элементами механического сопряжения (соединение может быть выполнено автоматическим закрываемым замком, а также открываемым замком - не показано).

Благодаря наличию приведенных признаков обеспечивается мгновенное окольцовывание места потенциальной утечки нефти или нефтепродуктов или пятна уже разлитых нефтепродуктов с целью предотвращения их распространения. Кроме того, также и на мелководье у прибрежных берегов территорий. Кроме того, снабжение воздухом лент боновых заграждений происходит непосредственно из одного узла в целом, получаемого от импеллера (движителя) вовнутрь рукава и перемещения одновременно плавающего буксира на пневмопотоке, а это увеличивает и скорость его движения вперед. Таким образом, частично воздух от импеллера может поступать вовнутрь рукава, который может быть регулируемым через штуцер впуска и выпуска (не показано). Плавающий буксир на пневмопотоке имеет малые размеры (габариты), большое тяговое усилие, просто реверсирование хода, а также легко управляемое даже на крутых разворотах, т.е. может выдерживать заданный угол поворота (разворота). Такой буксир на пневмопотоке может перемещаться по твердой поверхности, так как у него отсутствует сзади кормы винт с лопастями.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство, развернутое вокруг нефтяного пятна; на фиг. 2 - замковый узел соседних лент бонового заграждения; на фиг. 3 - плавающий буксир на сжатом пневмопотоке; на фиг. 4 - вид на кормовую часть буксира на сжатом пневмопотоке сзади; на фиг. 5 - вид спереди импеллера сверху.

Устройство для локализации и сбора нефти или нефтепродуктов содержит судно-нефтесборщик 1 со средствами откачки нефти 2, представляющими собой нефтесборную воронку с приемным трубопроводом, два буксира 3 на пневмопотоке с плоской платформой, гибкое боновое заграждение 4, концы которого соединены с кормовыми частями буксиров 3 на пневмопотоке.

Буксиры 3 на пневмопотоке с плоской платформой включают в себя плавающее транспортное средство для создания сжатого воздуха и тяги в виде импеллера 5 в кожухе, расположенного в носовой части буксира 3, где движение воздуха происходит в закрытом пространстве, корпуса 6 и переходного участка 7. В результате того, что криволинейные лопатки ротора и статора закреплены в разные стороны относительно друг друга, сопло 8 импеллера 5 направляет под давлением основную часть воздушного потока (можно сравнить с работой компрессора) непосредственно под днище в пневмоканал 9, создающего газодинамическую струю высокого давления по длине. Сопло 8 импеллера 5 имеет на выходном конце газовоздушную трубку 10 с регулируемым краном 11, выведенную сверху на палубу для возможности подсоединения ее с помощью гибкого шланга (не показано) к штуцеру 12 бонового заграждения 4.

Боновое заграждение 4 состоит из отдельных лент, каждая из которых имеет расчетную длину и намотана на отдельный барабан. Концы ленты снабжены соединительными элементами - замками 13 для механического сопряжения соседних лент. Каждая лента бонового заграждения 4 имеет на сопрягаемых концах штуцера 14 и 15 с клапанами давления 16, расположенные в замковой части бонового заграждения 4 для соединения полостей бонового заграждения гибким шлангом 17 с соплом 8 посредством газовоздушной трубки 10 с регулируемым краном 11, воздух который поступает от работы самого импеллера (движителя) 5 на буксире 3 на использовании пеневмопотока, т.е. вместе с системой подачи воздуха. В тройник ввинчен также клапан избыточного давления 16. В каркасе перед барабаном (не показано) размещены ролики 18 и 19 собственно для прижима и очистки лент бонового заграждения 4.

Вход импеллера снабжен всасывающим раструбом 20, связанным с атмосферным воздухом, входное отверстие которого снабжено сетчатым экраном (решеткой) 21.

Рулевая колонка на буксире 3 может быть выполнена с помощью применения конструкции с горизонтальной рейкой (не показано), выполненной в виде зубчатых выступов, узел которой связан регулируемыми тягами 22 и 23 с рулями 24 и 25, закрепленными на оси вращения с управляемыми створками 26 и 27. Тяги с рулем экипажа на палубе буксира 3 выполнены аналогично рулю автомобиля.

Рулевые устройства 24 и 25 со створками 26 и 27 крепятся с амортизаторами со стороны кормы с торца параллельных корпусов 28 и 29, соединенных в верхней части с палубой буксира 3, имеющего надстройку на палубе, при этом пневмоканал расположен между боковыми параллельными корпусами 28 и 29, т.е. под днищем палубы буксира 3.

Плавающий буксир 3 на пневмопотоке с использованием в нем пневмоканала под его днищем обеспечивает повышенную скорость и тягу буксира, устойчивость на разворотах. Отсутствие гребных винтов обеспечивает плавающий буксир 3 на пневмопотоке с плоской платформой в рабочем состоянии для работы на мелководье, где возможны различные выступающие скалы, особенно вблизи береговой линии.

Устройство работает следующим образом.

На месте разлива нефтяного пятна буксиры 3 на пневмопотоке в виде транспортного средства с подсоединенными к ним концами бонового заграждения 4 начинают движение для кольцевого охвата нефтяного пятна. При этом буксиры 3, работающие на пневмопотоке, сматывают боновое заграждение с двух соседних барабанов (не показано) с судна-нефтесборщика 1. Одновременно в начале движения (на старте) на малом ходу начинает работать импеллер 5, при работе которого возникает давление сжатого воздуха направленного воздушного потока в сторону сопла 8, соответственно, в газовоздушной трубке 10 с регулируемым краном 11, выведенной на поверхность палубы буксира 3.

Основная часть объема подачи воздуха с высоким давлением от импеллера (движителя) 5 создает горизонтальную тягу через пневмоканал 9, размещенный между боковыми параллельными корпусами 28 и 29, поток воздуха при этом создает давление и направляется далее в сторону кормовой части буксира 3, судно начинает ускоренное движение. Процесс движения буксира 3 на пневмопотоке, управляемый рулями 24 и 25, продолжается до полного разматывания лент со своих барабанов и полного охвата нефтяного пятна. При включенном импеллере 5 еще на старте газовоздушная трубка 10 с регулируемым краном 11 с помощью гибкого шланга соединяется через штуцеры 14 и 15 на конце ленты через краны с ввинченными клапанами избыточного давления 16, подсоединенные к боновым заграждениям 4. После этого концы лент бонового заграждения 4, закрепленных на буксирах 3 и заполненных сжатым воздухом, отсоединяются и соединяются между собой замками 13 и кольцо замыкается. При необходимости на месте, при работающем импеллере на малых оборотах, подкачивается воздух в полость бонового заграждения 4 до расчетного давления. В результате чего одновременно производится перемещение буксиров 3 на пневмопотоке и заполнение полостей боновых заграждений 4 с помощью подачи воздуха из сопла 8 от импеллера 5 с всасывающим раструбом 20. Размещение импеллера (движителя) в носовой части буксира 3 и рулевых устройств 24 и 25 сзади кормы его, позволяет движение буксира на пневмопотоке в любом заданном направлении и под различным углом, быстро охватывая пятно нефти. Таким образом, при включении импеллера 5 сжатый поток воздуха устремляется в сопло 8 и выбрасывается в пневмоканал 9, создавая тягу по всей ширине днища буксира 3. При открытии крана 11 на газовоздушной трубке 10 на палубе буксира 3 и через гибкий шланг (не показан) с помощью соединения со штуцерами 14 и 15 бонового ограждения наполняется воздухом и приводится в рабочее положение.

Сетчатый экран (сетка) 21 на всасывающем раструбе 20 перед импеллером 5 предотвращает попадание посторонних предметов с поступающим атмосферным воздухом, т.е. закрывают раструб 20 сетчатым экраном 21.

Регулировка величины давления воздуха при наполнении полостей боновых заграждений от сопла 4 через газовоздушную трубку 10 с регулируемым краном 11 может производиться также дополнительными управляющими устройствами, например золотником (не показано).

Надежное управление буксиров 3 на пневмопотоке создает лучшую маневренность экипажем буксира, что является немаловажным для поддержания устойчивости и легкости управления с помощью рулевых тяг 24 и 25, соединенных между собой на палубе в один общий узел управления тягой для экипажа при полном раскручивании ленты с барабанов в сторону нефтяного пятна. Таким образом, достигается одновременно и непрерывность как движения буксира с боновым заграждением и с заполнением воздуха, так и непрерывность процесса локализации и сбора нефтяного пятна на широких разливах, т.е. разлившаяся нефть или нефтепродукты мгновенно окажутся замкнутыми заградительными бонами. С помощью предложенного буксира 3 и применения ручных натяжных средств можно проводить корректировку его положения с буксира. Далее осуществляется ликвидация нефтяного пятна или нефтепродуктов. После чего ленты вновь наматываются на барабаны через прижимные и очистные ролики 18 и 19. В процессе наматывания лент бонового заграждения 4 на барабаны в их полостях создается избыточное давление и воздух выходит через клапан. В процессе освобождения лент бонового заграждения 4 они крепятся вновь к буксирам 3 (работающим на пневмопотоке) с кормовой частью нефтосборщика 1 и далее снова быстро буксируются к очередной порции нефтяного пятна. Таким образом, достигается непрерывность процесса создания сжатого воздуха импеллером, как для движения буксира 3, так и для одновременного заполнения воздухом боновых заграждений 4, что значительно ускоряет и облегчает работу по локализации и сбору нефтяного пятна. Особенно, когда оно имеет площадь в несколько десятков или сотен км².

Буксир на сжатом пневмопотоке позволяет свободно перемещаться не только по глубоководью, но и по мелководью береговых участков прибрежной полосы территории, не снижая при этом скорости, даже при волновых явлениях поверхности воды. Кроме того, такое техническое решение позволяет повысить и быстроходность буксиров на пневмопотоке. При этом отсутствует необходимость на серийных нефтесборщиках иметь штатное оборудование (компрессоры и др. газонакачивающее устройство).

Таким образом, плавучий буксир на пневмопотоке выгодно отличается от прототипа, так как уменьшается время на локализацию нефтяного пятна с помощью боновых заграждений и одновременное их заполнение в движении воздухом с буксирами, т.е. резко позволяет сократить время при отсутствии широкого распространения нефтяного пятна на поверхности воды, а значить повысить качество очистки. Совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его практической реализации при разработке буксира на сжатом пневмопотоке при ликвидации нефтяных пятен на водной поверхности, где требуется быстрый сбор ее с поверхности воды.