АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЖИРОВЫХ ПЛЁНОК С ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ

Описание полезной модели
МПК
C02F1/36
C02F1/40
E02B15/04
E02B15/10
Акустическое устройство для удаления жировых пленок с поверхности жидкости
Область техники
Полезная модель относится к устройствам для очистки поверхности открытых водоемов от нефти и подобных плавающих материалов отделением или удалением этих материалов.
Уровень техники
Известно устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды (патент RU123792, дата опубликования 10.01.2013). Устройство содержит длинную ручку с нефтесобирающим элементом, который выполнен в виде полого корпуса, содержащего дно, крышку, заднюю стенку. По бокам полого корпуса расположены поплавки. Каждый поплавок выполнен в виде полого цилиндра, на торцах которого установлены заглушки. Крышка имеет отверстие, в котором установлен, под углом к поверхности крышки, патрубок. Конец патрубка направлен в сторону задней стенки полого корпуса и снабжен фланцем. Полость полого корпуса гидравлически связана с помощью патрубка с насосом установки для перекачивания нефти.
Устройство для сбора нефти и нефтепродуктов спускают на поверхность воды и с помощью длинной ручки погружают его под небольшим углом к поверхности воды. Устройство перемещают вдоль поверхности воды, и нефть и нефтепродукты с поверхности воды затекают в полость корпуса. Собравшиеся в полости корпуса нефть и нефтепродукты откачивают с помощью насоса для перекачивания нефти в емкость для временного хранения.
Недостатком известного устройства является невозможность сбора тонких нефтяных пленок с поверхности воды.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является устройство для акустического удаления загрязняющих веществ с поверхности воды (патент GB1516602, дата опубликования 05.07.1978). Устройство состоит из резервуара с открытым верхом, дно резервуара снабжено сливным клапаном. Над резервуаром выступает подводящая труба. Одной из стенок резервуар отделен от ванны, на дне которой также имеется сливной клапан. Стенка ванны, параллельная общей стенке резервуара и ванны, снабжена брызгоотражателем. На дне резервуара установлен фокусирующий ультразвуковой излучатель. Фокусирующий ультразвуковой излучатель ориентирован так, что фокальное пятно фокусирующего ультразвукового излучателя находится на поверхности воды.
В резервуар через подводящую трубу поступает смесь воды и нефти. Поскольку плотность нефти меньше плотности воды, нефть поднимается на поверхность воды и образует нефтяную пленку. Фокусирующий ультразвуковой излучатель генерирует ультразвуковое излучение. Интенсивность излучения в фокальном пятне высока, вследствие чего происходит стягивание нефтяной пленки в фокальное пятно с образованием в фокальном пятне фонтана. Этот фонтан эвакуирует нефтяную пленку из резервуара в ванну. Данный прототип предполагает удаление достаточно толстых пленок нефти. При тонких пленках (менее 0,5 мм) работа фонтана неэффективна, так как в удаляемой смеси преобладает вода и тонкая пленка нефти остается на поверхности несобранной. При этом, увеличивается время сбора и, соответственно, увеличиваются энергозатраты. Кроме того, в данном прототипе отсутствует регулирование угла наклона фокусирующего излучателя к поверхности воды. Это не позволяет добиться максимальной скорости скольжения нефтяной пленки вдоль поверхности воды в запруду и также увеличивает энергозатраты.
Недостатком прототипа являются высокие энергозатраты, требующиеся для формирования фонтана, эвакуирующего водно-масляную смесь. Высокая энергия излучения для формирования фонтана связана с необходимостью преодоления поверхностных сил натяжения и сил тяжести при отделении фонтана и перемещении его в ванну.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат при очищении поверхности воды от нефтяной пленки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в акустическом устройстве для удаления жировых пленок с поверхности жидкости, содержащем фокусирующий ультразвуковой излучатель, средство обеспечения угла наклона, кабель, эвакуатор загрязнений, заграждение, генератор, держатель, при этом фокусирующий ультразвуковой излучатель соединен с генератором посредством кабеля, средство обеспечения угла наклона размещено с обеспечением ориентации фокусирующего ультразвукового излучателя осью его диаграммы направленности в сторону поверхности жидкости и направления части жировых пленок в сторону эвакуатора загрязнений, заграждение выполнено с обеспечением возможности ограничения распространения жировых пленок на поверхности жидкости и удержания их в пределах ограниченной зоны поверхности жидкости в пределах заграждения, причем держатель соединен с фокусирующим ультразвуковым излучателем, в него введены поплавок, соединительная рама, заграждение выполнено со входом и поплавковым, поплавок соединен с заграждением посредством соединительной рамы, а с фокусирующим ультразвуковым излучателем посредством держателя, средство обеспечения угла наклона размещено с обеспечением расположения фокального пятна фокусирующего ультразвукового излучателя напротив входа в заграждение и ориентации оси диаграммы направленности фокусирующего ультразвукового излучателя под углом к поверхности жидкости, причем эвакуатор загрязнений размещен с обеспечением возможности забора жировых пленок из ограниченной зоны поверхности жидкости в пределах заграждения.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1, 2), где на фиг.1 показан главный вид устройства, на фиг.2 показан вид устройства сверху.
Раскрытие полезной модели
На фигурах обозначены: поверхность воды 1, поплавок 2, генератор 3, соединительная рама 4, ось диаграммы направленности 5, фокальное пятно 6, поплавковое заграждение 7, эвакуатор загрязнений 8, фокусирующий ультразвуковой излучатель 9, несущая рама 10, средство обеспечения угла наклона 11, кабель 12, держатель 13, вход в запруженный отсек 14, конец поплавкового заграждения 15, запруженный отсек 16.
Основные элементы устройства выполнены следующим образом.
Одним из конструктивных элементов устройства, выполненным с обеспечением возможности удержания в нужном положении относительно поверхности воды 1 всех элементов устройства, является поплавок 2. Поплавок 2 представляет собой устройство, обладающее плавучестью и имеющее, например, сферическую форму. Внутри поплавок 2 может быть выполнен полым.
Держатель 13 предназначен для соединения между собой поплавка 2 и несущей рамы 10. В частном случае держатель 13 может быть выполнен в виде стальной трубы. Одним концом держатель 13 соединен с поплавком 2. Противоположным концом держатель 13 соединен с несущей рамой 10.
Несущая рама 10, выполненная в виде дуги, например, из металла, обеспечивает возможность установки на ней нескольких фокусирующих ультразвуковых излучателей 9. Фокусирующие ультразвуковые излучатели 9 установлены на несущей раме 10 так, что фокальные пятна всех излучателей совпадают и образуют общее фокальное пятно 6.
Внутрь поплавка 2 помещен генератор 3. Генератор 3 с помощью кабеля 12 соединен с каждым фокусирующим ультразвуковым излучателем 9.
Поплавковое заграждение 7 выполнено, например, из цилиндрических секций, последовательно соединенных друг с другом и заполненных материалом, обладающим плавучестью. Поплавковое заграждение 7 ограничивает некоторую область на поверхности воды 1, образуя запруженный отсек 16. Таким образом, поплавковое заграждение 7 препятствует распространению загрязнений, попавших в запруженный отсек 16, по поверхности воды 1 вне его. Концы поплавкового заграждения 15 образуют вход в запруженный отсек 14.
Соединительная рама 4 представляет собой конструкцию из стержней, изготовленных, например, из металла. В частном случае соединительная рама 4 состоит из двух стержней. Одним концом стержни соединены друг с другом. Свободный конец одного стержня присоединен к одному из концов поплавкового заграждения 7. Свободный конец другого стержня присоединен к другому концу поплавкового заграждения 7.
Средство обеспечения угла наклона 11 задает ориентацию фокусирующих ультразвуковых излучателей 9 в сторону запруженного отсека 16. Фокусирующие ультразвуковые излучатели 9 ориентированы с помощью средства обеспечения угла наклона 11 так, что фокальное пятно 6 находится на поверхности воды 1. В частном случае средство обеспечения угла наклона 11 выполнено в виде металлического шарнира и расположено, например, в двух вариациях. В первой вариации средство обеспечения угла 11 наклона представлено несколькими шарнирами. Каждый отдельный шарнир соединяет один из фокусирующих ультразвуковых излучателей 9 и несущую раму 10. Во второй вариации средство обеспечения угла наклона 11 представлено одним шарниром, соединяющим держатель 13 и несущую раму 10.
Эвакуатор загрязнений 8 закреплен на поплавковом заграждении 7 с обеспечением возможности удаления загрязнений из запруженного отсека 16. Эвакуатор загрязнений 8 может быть закреплен как снаружи запруженного отсека 16, так и внутри него.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. Изготавливают поплавок 2, держатель 13, несущую раму 10, соединительную раму 4, поплавковое заграждение 7, средство обеспечения угла наклона 11. В поплавок 2 помещают генератор 3. Поплавок 2 закрепляют на одном из концов держателя 13. От генератора 3 через держатель 13 прокладывают кабель 12.
Фокусирующие ультразвуковые излучатели 9 устанавливают на несущую раму 10. Согласно одной из вариаций, фокусирующие ультразвуковые излучатели 9 устанавливают на несущую раму 10 с помощью средства обеспечения угла наклона 11. Указанная особенность выполнения обеспечивает возможность поворота фокусирующих ультразвуковых излучателей 9 относительно несущей рамы 10. Фокусирующие ультразвуковые излучатели 9 с помощью кабеля 12 подключают к генератору 3.
Несущую раму 10 с установленными на ней фокусирующими ультразвуковыми излучателями 9 с помощью держателя 13 соединяют с поплавком 2 таким образом, чтобы несущая рама 10 находилась на противоположном от поплавка 2 конце держателя 13. Согласно второй вариации, несущую раму 10 соединяют со свободным концом держателя 13 с помощью средства обеспечения угла наклона 11. Указанная особенность выполнения обеспечивает возможность поворота несущей рамы 10 относительно держателя 13.
Соединительную раму 4 выполняют, например, из стержней так, что одним концом стержни соединяют между собой и, в частном случае, присоединяют к держателю 13 в месте соединения держателя 13 с поплавком 2. Свободные концы стержней соединительной рамы 4 присоединяют к концам поплавкового заграждения 15. Указанное соединение держателя 13 и концов поплавкового заграждения 15 обеспечивает расположение поплавка 2 напротив входа в запруженный отсек 14. На поплавковом заграждении 7 закрепляют эвакуатор загрязнений 8.
Поплавок 2 и поплавковое заграждение 7 размещают на поверхности воды 1, при этом несущая рама 10 с установленными на ней фокусирующими ультразвуковыми излучателями 9 располагается в воде.
о
о
При включении генератора 3, вырабатываемый им сигнал поступает на фокусирующие ультразвуковые излучатели 9. Фокусирующие ультразвуковые излучатели 9 генерируют ультразвуковое излучение, направленное в сторону запруженного отсека 16. Вследствие высокой интенсивности излучения в фокальном пятне 6 и расположения оси диаграммы направленности 5 излучения под углом (например 45 или иным, но менее 90) к поверхности воды 1 возникают поверхностные потоки. Эти потоки направлены в сторону входа в запруженный отсек 14. Потоки перемещают нефтяную пленку, находящуюся на поверхности воды 1, в запруженный отсек 16 через вход в запруженный отсек 14. Количество загрязнений в запруженном отсеке 16 возрастает. Поскольку площадь запруженного отсека 16 ограничена, увеличение объема загрязнений в запруженном отсеке 16 приводит к увеличению толщины нефтяной пленки. С увеличением толщины нефтяной пленки облегчается ее удаление из запруженного отсека 16. Удаление осуществляется с помощью эвакуатора загрязнений 8.
Таким образом, в устройство введены поплавок, соединительная рама, заграждение выполнено со входом и поплавковым, поплавок соединен с заграждением посредством соединительной рамы, а с фокусирующим ультразвуковым излучателем посредством держателя, средство обеспечения угла наклона размещено с обеспечением расположения фокального пятна фокусирующего ультразвукового излучателя напротив входа в заграждение и ориентации оси диаграммы направленности фокусирующего ультразвукового излучателя под углом к поверхности жидкости, причем эвакуатор загрязнений размещен с обеспечением возможности забора жировых пленок из ограниченной зоны поверхности жидкости в пределах заграждения, что обеспечивает снижение энергозатрат на удаление загрязнения с поверхности жидкости (воды) в виде тонких пленок.