ВСПЛЫВАЮЩЕЕ БОНОВОЕ ЗАГРАЖДЕНИЕ

Полезная модель относится к области экологии, в частности к гидротехническим сооружениям, предназначенным для ограждения участка водной поверхности с целью предотвращения растекания нефти и нефтепродуктов.
Известно затопляемое устройство для локализации разливов нефти в водоемах, включающее заграждение в виде гибкого ленточного элемента, поддерживаемого плавучими цилиндрическими конструкциями, а также балласт в виде якорей (см., например, патент US №3779020, МПК E02B 15/04, публ. 18.12.73 г.).
Недостатком известной конструкции является сложность в эксплуатации, т.к. для освобождения водной поверхности для судоходства необходимо затопить заграждение путем заполнения цилиндрических конструкций (поплавков) водой, а при разливе нефти поднять его на поверхность (путем вытеснения воды из этих конструкций сжатым воздухом), для чего необходимо использовать специальные, в том числе контролирующие, устройства.
Известно также всплывающее устройство для локализации разливов нефти в водоемах, включающее заграждение в виде эластичной надувной оболочки с балластом, а также снабженный системой управления источник сжатого газа, установленный на берегу и связанный с надувной оболочкой с помощью трубопровода (см., например, авторское свидетельство SU №655768, МПК E02B 15/06, публ.05.04.79 г.).
Недостатком этого устройства также является сложность в эксплуатации, связанная с использованием в качестве балласта слоя воды, расположенной внутри цельной оболочки и закачиваемой в нее в процессе подъема со дна одновременно с подачей сжатого газа, для чего устройство должно иметь помимо компрессора (создающего достаточно высокое давление, негативно влияющее на долговечность оболочки) еще и насос с двумя трубопроводами для подачи и откачивания воды.
Кроме того, цельная оболочка имеет определенную длину, что не позволяет использовать это же заграждение на другом более широком участке реки, а также не обладает гибкостью, необходимой для установки заграждения, например, вокруг расположенного на берегу источника загрязнения.
Известно взятое за прототип всплывающее боновое заграждение для локализации разливов нефти в водоемах (см., например, патент №119759 от 12.04.2014 г на полезную модель, опубликован 27.08.2012 г.), включающее эластичную надувную оболочку, выполненную из отдельных секций, герметично связанных между собой соединительными устройствами, а также источник сжатого газа и затвор для сброса рабочего давления.
Основным недостатком этого бонового заграждения является низкая долговечность оболочки, т.к. его конструктивные особенности: наличие внутри оболочки общего трубопровода, снабженного в каждой секции отверстием для подачи сжатого газа, в результате чего газ поступает во все секции одновременно (т.е. параллельное подключение секций к источнику сжатого газа), - позволяют поднимать его на поверхность водоема только путем одновременного подъема всех секций. Для этого в первый момент требуется подача большого объема сжатого газа достаточно высокого давления (для чего имеется накопитель-ресивер), разрушающе действующего изнутри на оболочку при каждом подъеме заграждения, причем, чем глубже водоем, тем большую нагрузку испытывает оболочка.
3
3
2
Объясняется это тем, что при расположении заграждения, например, на глубине H=15 м для преодоления давления воды на поверхность оболочки в процессе ее заполнения сжатым газом необходимо сразу подать в оболочку давление P=1,5 атм., т.к. в соответствии с основными законами физики (см., например, А.В. Перышкин, «Физика», 7 класс, М., из-во «Дрофа», 2007 г., стр. 90, 91) гидростатическое давление жидкости P=pgH, где P - давление на оболочку снаружи, p=1000 кг/м - плотность воды, g=9,81 н/кг - ускорение свободного падения, H=15 м, т.е. P=1000 кг/м × 9,81 н/кг × 15 м =147150 н/м или 147150 Па, что равно приблизительно 150 кПа, а если учесть, что 1 атм. приблизительно равна 100 кПа, то Р=1,5 атм., что воспринимается оболочкой как пневматический удар изнутри.
Эти конструктивные особенности не позволяют использовать заграждение на водоемах большой глубины.
Затопление заграждения также производится путем одновременного затопления всех секций, которое происходит, как правило, хаотично и занимает много времени, т.к. газ (после сброса рабочего давления в трубопроводе с помощью затвора) постепенно выходит одновременно из всех секций через отверстия в трубопроводе.
Полезная модель решает задачу повышения долговечности оболочки бонового заграждения путем создания возможности снижения давления сжатого газа, необходимого для его подъема.
Для решения этой задачи в известном всплывающем боновом заграждении, включающем эластичную надувную оболочку, выполненную из отдельных секций, герметично связанных между собой соединительными устройствами, а также источник сжатого газа и затвор для сброса рабочего давления, в соответствии с полезной моделью внутреннее пространство секций выполнено единым, для чего соединительные устройства снабжены соответствующим отверстием, а источник сжатого газа соединен с передним концом первой секции, имеющим возможность фиксации на глубине, меньшей, чем глубина водоема, для чего имеется фиксирующее устройство.
Соединительное устройство секций представляет собой камлок.
Фиксирующее устройство выполнено в виде лебедки.
Заявляемое устройство имеет повышенную долговечность оболочки, т.к. благодаря его конструктивным особенностям: наличию общего внутреннего пространства секций оболочки, соединению источника сжатого газа с передним концом первой секции (т.е. последовательному подключению секций к источнику сжатого газа), наличию фиксирующего устройства для фиксации переднего конца первой секции на глубине, меньшей, чем глубина водоема, - появляется возможность использовать для подъема заграждения значительно меньшее давление сжатого газа.
3
3
2
Объясняется это тем, что сжатый газ при подъеме заграждения сначала попадает в первую секцию, передний конец которой имеет возможность фиксации на глубине h, меньшей, чем глубина водоема, и для заполнения газом этой секции и создания выталкивающей силы достаточно использовать давление сжатого газа, чуть большее 0,1 h, т.к. (см. там же, А.В. Перышкин., стр. 90, 91) гидростатическое давление жидкости на поверхность секции P=pgH, где р=1000 кг/м - плотность воды, g=9,81 н/кг - ускорение свободного падения, т.е. P=1000 кг/м × 9,81 н/кг × h м =9810 н/м или 9810 Па, что равно приблизительно 10 кПа, и если учесть, что 1 атм. приблизительно равна 100 кПа, то P=0,1 h атм. А далее всплывшая первая секция задним концом тянет за собой вторую секцию, куда по достижении ею глубины h благодаря общему внутреннему пространству секций начинает поступать сжатый газ и т.д., пока все секции последовательно одна за другой не всплывут на поверхность водоема.
Устройство в соответствии с полезной моделью может использоваться на водоемах глубиной до 50 метров.
Заявляемая полезная модель обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для объектов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 - передний конец бонового заграждения в положении перед подъемом заграждения, вид спереди (пунктирной линией - промежуточное положение при подъеме заграждения, h - глубина фиксации переднего конца первой секции), на фиг. 2 - задний конец бонового заграждения в рабочем положении.
Боновое заграждение, изготовленное из резинотканевого полотна, состоит из секций, верхняя часть которых в виде секций 1 (фиг. 1, 2) образует эластичную надувную оболочку заграждения.
Секции 1 (фиг. 1) оболочки герметично соединены посредством стандартных камлок-соединений 2, имеющих отверстия 3, объединяющие полости секций в единое пространство.
В нижней части каждой секции бонового заграждения имеется карман с балластом в виде цепи (не показаны).
Секции заграждения соединены простейшими по конструкции устройствами (быстроразъемными замками типа ASTM, не показаны).
Для фиксации линии рубежа заграждения в рабочем положении (на поверхности водоема) имеются цепные растяжки и донные якоря (не показаны).
Заграждение имеет (фиг. 1) источник сжатого газа - компрессор 4, соединенный гибким трубопроводом 5 с передним концом первой секции 1, а также установленный на насосной станции затвор 6, предназначенный для сброса рабочего давления в оболочке перед затоплением заграждения.
Последняя секция 1 снабжена клапаном автоматического сброса избыточного давления и удаления из оболочки скопившегося конденсата (не показан).
Заграждение с помощью тросовых растяжек 7 (фиг. 1, 2) закреплено на противоположных берегах водоема. При этом на переднем конце заграждения (фиг. 1) имеется фиксирующее устройство, выполненное в виде установленной на берегу лебедки 8 и предназначенное для фиксации переднего конца первой секции на глубине Ь перед подъемом заграждения.
Задний конец заграждения (фиг. 2) закреплен на противоположном берегу водоема с помощью анкера 9.
Для последующего ускоренного затопления заграждения имеется расположенный на конце последней секции груз 10, необходимый для удержания этого конца вблизи поверхности водоема после всплытия заграждения.
Устройство работает следующим образом.
Ниже по течению реки относительно места возможного разлива нефти формируется линия установки рубежа, для чего концы заграждения неподвижно закрепляются на противоположных берегах с помощью тросовых растяжек 7 (фиг. 1, 2), лебедки 8 и анкера 9 (фиг. 1). Компрессор 4 соединяется трубопроводом 5 с передним концом первой секции 1, затвор 6 перекрыт.
В нерабочем состоянии заграждение располагается на дне водоема, с помощью балласта приняв форму, соответствующую рельефу дна, благодаря чему не препятствует судоходству.
В случае угрозы разлива нефтепродуктов оператор с помощью лебедки 8 (фиг. 1) поднимает со дна передний конец заграждения и фиксирует его на глубине h, равной, например, 3-4 метра.
Затем от компрессора 4 с помощью трубопровода 5 в первую секцию 1 подается давление 0,3-0,4 атм. (не более 0,5 атм.). При этом давление сжатого газа преодолевает давление воды на поверхность первой секции, и она приобретает объем, создающий силу выталкивания, которая поднимает задний конец секции вместе с цепными растяжками на поверхность водоема. Постепенно в процессе выталкивания заднего конца первой секции передний конец второй секции поднимается до глубины 3-4 метра, и сжатый газ через отверстие 3 начинает поступать во вторую секцию, преодолевая давление воды на поверхность этой секции и придавая ей объем, который создает выталкивающую силу. И так далее, последовательно до последней секции, в результате чего происходит подъем всего заграждения. После этого подача сжатого газа прекращается, и во всех секциях 1 устанавливается необходимое рабочее давление (для чего может сработать клапан сброса избыточного давления).
Задний конец последней секции в рабочем положении заграждения располагается на некоторой глубине от поверхности водоема с помощью груза 10.
После всплытия заграждение перегораживает реку и предотвращает разлив нефти вниз по течению.
Затопление заграждения производится также последовательно, но в обратном порядке, т.е. начиная с последней секции.
Для этого необходимо открыть затвор 6, в результате чего сжатый газ начинает выходить из секций. При этом последняя секция, находящаяся под поверхностью воды (фиг. 2) и поэтому испытывающая немного большее давление воды на свою поверхность, чем остальные секции, начинает первой уменьшаться в объеме и опускаться вниз, затягивая с собой предпоследнюю секцию.
По мере последовательного опускания секций вниз (под действием веса балласта) давление воды последовательно (от последней секции к первой) выталкивает сжатый газ из секций через затвор 6, что значительно ускоряет процесс освобождения оболочки заграждения и опускания его на дно водоема.
Заявляемое боновое заграждение прошло эксплуатационные испытания, подтвердившие возможность снижения давления, необходимого для его подъема.