УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА НЕФТИ
DEVICE FOR COLLECTING OIL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройству для сбора нефти, предназначенному для извлечения нефти, имеющейся среди льда.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Выполнение эффективного сбора нефти с поверхности воды является сложной задачей. Особенно сложным является сбор нефти среди глыб льда в зимнее время. Независимо от того, будут ли это доки, побережье или открытая вода, невозможно собрать загрязненные нефтью глыбы льда; вместо этого нефть перед извлечением необходимо отделить в воде ото льда.
Предшествующий уровень техники раскрыт в патентах Финляндии 106969, 80746, 75014 и 73029. Во всех указанных патентах используется один и тот же принцип, согласно которому судно имеет наклонную решетчатую поверхность, продвигаемую в направлении массы глыб льда, загрязненных нефтью, чтобы завести лед под воду, при этом нефтесодержащая вода, высвобождаемая изо льда, поступает на решетку. Затем нефть может быть извлечена обычным способом.
Проблема известных конструктивных решений заключается в негибкости и отсутствие приспособляемости, что касается использования данных устройств. Судно ведут прямо вперед, при этом на участке, который необходимо очистить, может быть очищена только полоса шириной, равной ширине решетки. В узком фарватере, в доках и около побережья суда только перемешивают глыбы льда, загрязненные нефтью, при этом эффективной очистки практически не удается достигнуть. Кроме того, постоянное реверсирование и обратный ход сильно замедляют процесс очистки и делают его неэффективным.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков предшествующего уровня техники, более конкретно, создание нового устройства для сбора нефти, посредством которого нефть может быть собрана среди глыб льда быстро, эффективно и тщательно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для сбора нефти согласно данному изобретению предназначено для сбора нефти среди льда в судно или другое подходящее пространство, т.е. для очистки нефти от массы, образованной водой, глыбами льда и нефтью. Предложенное устройство содержит подъемное устройство, поддерживаемое, например, подходящим средством транспортировки, таким как судно, и отделительную клеть, которая опускается с помощью подъемного устройства в воду и размещается среди льда, причем отделительная клеть имеет корпус, пропускающий воду и нефть, но по существу не пропускающий лед. Кроме того, в соответствии с данным изобретением в пространстве, ограниченном отделительной клетью, расположен нефтесборщик, собирающий нефть с поверхности воды. Таким образом, в соответствии с изобретением отделительная клеть, содержащая нефтесборщик, не зависит напрямую от перемещения судна; вместо этого управление устройством осуществляется посредством подъемного крана судна. В зависимости от конструкции, радиуса действия и работы используемого подъемного крана, отделительная клеть может быть перемещена и переустановлена сравнительно удобным способом на различных сторонах судна и даже на больших площадях поверхности без необходимости в значительном перемещении судна назад и вперед.
Отделительная клеть, предназначенная для использования в указанном устройстве, предпочтительно закрыта снизу, однако сверху она имеет открытое пространство. Другими словами, ее нижняя часть окружает конструкцию, пропускающую воду и нефть, но не пропускающую лед. Так как указанная клеть открыта сверху, это обеспечивает легкий доступ к нефтесборщику, рабочее пространство которого ограничено указанной отделительной клетью. Таким образом, обеспечивается возможность постоянного контроля работы указанного сборщика, упрощаются процессы подачи энергии, необходимой для работы, и извлечения собранной нефти. Предпочтительно нефтесборщики, используемые в рассматриваемых конструкциях согласно данному изобретению, представляют собой сепараторы, выполненные на основе вращающейся щетки. Однако также возможно использование других типов известных сборников.
В одном варианте выполнения изобретения корпус отделительной клети образован прямой ковшеобразной поверхностью, состоящей из параллельных изогнутых ребер, проходящих перпендикулярно к продольному направлению ковша и расположенных на расстоянии друг от друга. Изогнутые смежные ребра образуют длинный ковш, в котором попадание глыб льда в его внутреннее пространство ограничено, когда ковш опускают на определенную глубину в льдистую нефтесодержащую воду. Только вода и нефть проходят между ребрами в указанное пространство, в котором нефть, плавающая на поверхности воды, отделяется от воды нефтесборщиком. Торцы указанного ковша могут быть полностью закрыты или они также могут быть выполнены из подходящей сеточной или реберной конструкции, которая во время работы, как описано выше, пропускает только воду и нефть. Изогнутые ребра могут быть дугообразными или иметь форму с переменной кривизной. Угол изгиба ковша может составлять до 180°, однако в целом достаточным является угол изгиба ковша 45°-90°.
Предпочтительно ребра отделительной клети являются жесткими с поперечным сечением угловатой и/или острокромочной формы. Так как указанные ребра являются жесткими и достаточно толстыми, они выдерживают давление льда без изгибания. Помимо этого, так как контур ребер является в значительной степени острокромочным, такая конструкция ребер препятствует заклиниванию глыб льда между ними, что легко могло бы произойти в случае, если бы ребра имели закругленную форму.
Предпочтительно в соответствующих реберных конструкциях только концы ребер прикреплены к общему каркасу, т.е. ребра не прикреплены друг к другу между их концами. Таким образом, ребра не образуют какие-либо пересекающиеся решетчатые конструкции, которые препятствовали бы перемещению и скольжению льда вдоль наружной поверхности ребер или затрудняли бы его. Такое решение обеспечивает легкое скольжение льда и возможность легкого и гибкого перемещения всей отделительной клети даже при больших торосах. В случае если отделительная клеть очень большая и если нет другого способа сделать длинные ребра достаточно жесткими, ребра могут поддерживаться друг другом в перекрестной конфигурации посредством их верхних поверхностей, так что их нижние поверхности, входящие в контакт со льдом, остаются гладкими и проходят параллельно друг другу.
Согласно одному конструктивному решению данного изобретения ковшеобразная отделительная клеть содержит выполненную с возможностью поворота подвеску, предназначенную для обеспечения поддержания клети с помощью подъемного устройства с возможностью ее поворота в продольном направлении ребер. При этом указанный ковш может быть направлен непосредственно вниз при его опускании перпендикулярно в воду. С другой стороны, он может быть наклонен в направлении перемещения, так что приближающийся лед попадает на изогнутое основание по мере перемещения указанного ковша вдоль льдистой поверхности нефтесодержащей воды. Это перемещение может быть осуществлено путем перемещения судна, перемещения только с помощью подъемного устройства или под действием соответствующего сочетания обоих перемещений одновременно.
Согласно другому варианту выполнения данного изобретения корпус отделительной клети образован конической или куполообразной поверхностью, сужающейся вниз от закрытой рамы верхней части. Закрытая рама может иметь круглую или многоугольную форму, при этом она может иметь прямолинейный или не сужающийся участок, также имеющий реберную конструкцию, обеспечивающую протекание нефти и воды, но не пропускающую лед. Коническая или куполообразная поверхность, проходящая от нижней части рамы, образована жесткими ребрами, проходящими вниз от указанной рамы и соединяющимися друг с другом в нижней части указанной поверхности.
Помимо этого, в соединении с нефтесборщиком, расположенным в центре указанной рамы, предпочтительно выполнено устройство для циркуляции воды, такое как крыльчатка, с помощью которого обеспечивается направление потока очищаемой льдистой воды, содержащей нефть, с поверхности вниз через отделительную клеть. Таким образом, обеспечивается циркуляция воды, а не льда, через указанную раму к нефтесборщику и далее из него через коническую поверхность. Данное устройство может быть легко опущено в массив льда в трудных и даже узких местах, так как сужающаяся вниз конструкция обеспечивает возможность легкого проникновения устройства среди льдин. Даже в узких пространствах обеспечивается циркуляция воды между глыбами льда и, таким образом, даже на сравнительно большой площади обеспечивается очищение нефтесодержащей воды.
Предпочтительно в отделительной клети согласно данному изобретению независимо от того, является ее конструкция прямолинейной ковшеобразной или цилиндрической и конической, ребра проходят по существу параллельно и по меньшей мере так, что устройство перемещается параллельно ребрам в загрязненном нефтью льду. В результате, по мере перемещения ковшеобразной конструкции по поверхности льдистой воды или по мере опускания в воду конической и цилиндрической конструкции обеспечивается скольжение глыб льда параллельно ребрам, при этом вода и нефть протекают в приемное пространство между ребрами. Таким образом, данное устройство является простым и легко может быть перемещено среди глыб льда, при этом глыбы льда плавно скользят вдоль ребер без возникновения каких-либо водоворотов, которые могут перемешать воду с нефтью. Плавное скольжение льда без водоворотов снаружи ребер обеспечивает плавный и стабильный поток воды и нефти в направлении приемного пространства между ребрами. Этот плавный поток в свою очередь обеспечивает эффективную работу отделителей или других подобных сборщиков.
Предпочтительно в различных вариантах выполнения данного изобретения перемещение отделительной клети может быть использовано для перемещения, раскачивания, расталкивания льда, окружающего клеть и соприкасающегося с ней, так что любая нефть, имеющаяся на поверхности льда, отстает и отделяется ото льда и попадает на поверхность воды. Такое перемещение может представлять собой простое перемещение устройства вверх, вниз или в стороны с помощью используемого подъемного крана. Данное перемещение также может представлять собой раскачивание отделительной клети назад и вперед, например, посредством гидравлического цилиндра, присоединенного к клети. В одном варианте выполнения отделительная клеть содержит вибрационное устройство, обеспечивающее вибрационное воздействие на лед, входящий с ним в контакт. Вибрация может осуществляться по существу известным способом, например с помощью подходящего кулачка или гидравлического контура.
Подъемные устройства, необходимые для использования данного изобретения, могут представлять собой подъемные краны различных типов. Например, подъемное устройство может представлять собой портальный кран, установленный в задней части судна по существу вдоль всей его ширины с возможностью поворота с возможностью разворота над кормой, проходя за бортом корабля, при этом отделительная клеть, подвешенная на указанном кране, будет расположена за кормой корабля на расстоянии, определяемом высотой портального крана. Подъемные устройства также могут представлять собой краны с поворотной стрелой различных типов, используемые на кораблях, которые также могут быть снабжены телескопическими стрелами, регулируемыми в продольном направлении.
ПРЕИМУЩЕСТВА ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложенное устройство для сбора нефти имеет значительные преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники. Это устройство для сбора нефти не ограничено каким-либо конкретным краном, при этом отсутствует необходимость в наличии собственного крана или даже собственного судна; напротив, различные варианты его выполнения могут быть использованы на кораблях и судах различных типов, которые снабжены подъемным устройством с достаточной грузоподъемностью и радиусом действия, что является существенным отличием от предшествующего уровня техники, в котором конструкции для отделения льда выполнялись специально для определенного судна. При этом отделительное устройство согласно данному изобретению может быть доставлено даже по воздуху к любому судну, снабженному подходящим подъемным краном, и немедленно установлено в рабочее положение без выполнения каких-либо масштабных мероприятий по установке в случае разлива нефти на поверхности воды.
Данное изобретение обеспечивает различные возможности для сбора нефти, исходя из текущих условий. Длинная ковшеобразная отделительная клеть может быть опущена в воду за кормой судна, при этом судно может идти в обратном направлении, обеспечивая сбор нефти с помощью указанного устройства по всей длине отделительной клети, т.е. вдоль всего корабля. Если отделительная клеть расположена на длинной поворотной стреле у кормы корабля, обеспечивается возможность ее раскачивания назад и вперед слева направо, а также назад, охватывая площадь, значительно превышающую ширину корабля. В узких пространствах может быть использована коническая отделительная клеть для выполнения сбора в строго определенных местоположениях без необходимости перемещения клети благодаря направлению потока воды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее приведено подробное описание устройства для сбора нефти в соответствии с данным изобретением со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На чертежах:
фиг. 1 изображает вид в аксонометрии одного устройства для сбора нефти в соответствии с данным изобретением;
фиг. 2 изображает вид сбоку устройства для сбора нефти, показанного на фиг. 1, в рабочем положении;
фиг. 3 изображает вид сбоку устройства для сбора нефти, показанного на фиг. 1, в другом положении; и
фиг. 4 изображает вид в аксонометрии другого устройства для сбора нефти согласно данному изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1-3 изображают одно устройство для сбора нефти в соответствии с данным изобретением. Оно содержит портальный кран 10, работающий в качестве подъемного устройства 2 и установленный в самой задней части палубы кормы судна 1. Портальный кран содержит стойки 12, установленные с возможностью поворота в задних углах палубы, и балку 13, соединяющую их верхние концы. Указанные стойки могут быть подняты и опущены с помощью гидравлических цилиндров 14, соединенных с нижними концами стоек, перемещаясь между рабочим положением, показанным на фиг. 2, и удерживающим положением, показанным на фиг. 3. Кроме того, с помощью подходящего рычажного механизма и благодаря рабочей длине гидравлических цилиндров обеспечивается возможность расположения портального крана на указанной палубе с возможностью поворота в строго вертикальное положение или даже в другом направлении.
На верхних концах стоек 12 с возможностью поворота удерживается отделительная клеть 3 с нефтесборщиком 4. Отделительная клеть выполнена в виде удлиненной ковшеобразной поверхности 5, длина которой согласно данному варианту выполнения приблизительно равна ширине судна 1. Указанная ковшеобразная поверхность образована большим количеством изогнутых параллельных ребер 6, расположенных друг за другом с небольшим интервалом, при этом их концы прикреплены к общему опорному каркасу 15. Расстояние между ребрами предпочтительно составляет порядка нескольких сантиметров, так что эта образованная ребрами решетка не будет пропускать глыбы льда, а только воду и нефть.
Концы опорного каркаса 15 удерживаются на осях 17 поворота, расположенных на концах стоек 12, с помощью диагональных опор 16 так, что обеспечивается возможность поворота всей отделительной клети 3 вокруг горизонтальной оси, параллельной осям 17 поворота. Дополнительно, гидравлические цилиндры 18, прикрепленные к указанным стойкам, соединены с диагональными опорами 16 для обеспечения возможности регулируемого поворота клети 3 на требуемый угол вокруг указанной горизонтальной оси.
Кроме того, на верхнем конце портального крана 10 над отделительной клетью удерживаются опорные рычаги 19 для поддерживания нефтесборщика 4 с внутренней стороны ковшеобразной поверхности отделительной клети, т.е. сепаратора, который содержит щетку такой же длины, что и указанный ковш, и вращательного средства, гребенчатой конструкции, устройства перекачки нефти и других необходимых элементов, соединенных с указанной щеткой, которые по существу известны и не проиллюстрированы более подробно на чертеже. Дополнительно, с указанным сепаратором, удерживаемым с помощью рычагов 19, соединены гидравлические цилиндры 20 для обеспечения возможности поворота и перемещения нефтесборщика по траектории, соответствующей кривизне ковшеобразной поверхности 5, на соответствующем расстоянии над ковшеобразной поверхностью. Кроме того, опорные рычаги могут быть выполнены с возможностью продольного регулирования, обеспечивая возможность регулирования гидравлического цилиндра 20, благодаря чему обеспечивается возможность регулирования расстояния между щеткой указанного сепаратора и ковшеобразной поверхностью.
Указанное устройство для сбора нефти в соответствии с данным изобретением, показанное на фиг. 1-3, используют следующим образом.
Так как нефть присутствует на поверхности воды среди глыб льда, устройство для сбора нефти опускают до уровня поверхности воды с помощью портального крана, так что отделительная клеть по существу, но не полностью, опущена в воду. Таким образом, она отталкивает глыбы льда перед собой, при этом только вода и нефть остаются внутри отделительной клети, что обеспечивает возможность извлечения нефти посредством сепаратора 4. Если стрелы портального крана выполнены с возможностью регулирования их длины, обеспечивается возможность перемещения указанного устройства по поверхности воды, при этом судно 1 стоит на месте. Однако в целом указанное судно является реверсируемым, т.е. отделительная клеть 3 перемещается по поверхности воды, обеспечивая проталкивание плавающего впереди льда к своей нижней части, т.е. лед скользит вдоль нижней поверхности ребер отделительной клети и проходит под клетью, при этом нефтесодержащая вода протекает через отделительную клеть. Таким образом, нефтесодержащая вода, которая протекает через указанную клеть, подходит к нефтесборщику, который выполнен с возможностью вращения и который отделяет нефть из потока, при этом оставшаяся очищенная вода вытекает из отделительной клети к глыбам льда, прошедшим под ее нижней частью.
В зависимости от условий, т.е. количества нефти, параметров ледяных глыб и скорости прохода, отделительная клеть может быть наклонена под различными углами для предотвращения попадания в нее льда. Кроме того, отделительная клеть может быть поднята и опущена или подвергнута встряске и воздействию вибрации, или нефтесборщик может быть перемещен в отделительной клети для оптимального выполнения сбора нефти в соответствии с текущими условиями.
Как показано на фиг. 1, подъемный кран 11 с телескопической стрелой расположен на одном краю палубы судна. Устройство для сбора нефти, согласно данному примеру установленное на портальном кране на корме судна, также может быть расположено на стреловом кране 11, так что по мере перемещения судна обеспечивается возможность очищения полосы льдистой воды также и сбоку от судна с помощью отделительной клети 3, расположенной за бортом судна перпендикулярно его боковой стороне, при этом ширина указанной полосы равна ширине судна. В особенности в узких местах и в том случае, когда судно стоит на месте, крупногабаритный стреловой кран с большим радиусом действия обеспечивает возможность быстрого очищения от нефти еще больших криволинейных поверхностей.
Фиг. 4 иллюстрирует другое устройство для сбора нефти согласно данному изобретению. Оно специально разработано и предназначено для использования с краном 11 с телескопической стрелой, показанным на фиг. 1. Указанное устройство имеет коническую поверхность 8, образующую отделительную клеть 3, и цилиндрическую раму 21, выполненную над клетью. Они обе состоят из ряда смежных жестких прямых ребер 6. Ребра, образующие цилиндрическую раму, расположены параллельно друг другу и оси образуемого цилиндра. В конической поверхности ребра проходят равномерно и с одинаковыми интервалами от края указанного цилиндра в направлении вершины образуемого конуса. Ребра 6 распределены на расстоянии друг от друга соответствующим образом, обеспечивая возможность протекания между ними только воды и нефти, при этом глыбы льда всегда остаются снаружи клети. Для ясности следует отметить, что на чертеже показаны ребра, расположенные со сравнительно большими интервалами.
Другими словами, нижний конец конической поверхности 8 является сравнительно острым, поэтому опускание устройства в льдистую воду не вызывает проблем; напротив, оно легко перемещается между глыбами льда. В верхней части указанного устройства, т.е. в области, где проходит цилиндрическая рама 21, внутри указанной клети расположены нефтесборщики 4, т.е. согласно данному варианту выполнения три сепаратора, расположенных с одинаковым интервалом друг от друга. Под указанными сепараторами на центральной оси конической части находится крыльчатка, представляющая собой устройство 9 для циркуляции воды. Оно обеспечивает циркуляцию воды в отделительной клети для обеспечения прохождения очищаемой воды через вращающиеся щетки указанных сепараторов.
Предложенное устройство для сбора нефти, показанное на фиг. 4, используют следующим образом.
Несмотря на то что устройство, показанное на фиг. 4, выполнено с возможностью перемещения в ледяной шуге, тем не менее оно главным образом предназначено для использования на одном месте. В этом случае коническую отделительную клеть опускают с помощью подъемного крана в определенном месте, окруженном нефтесодержащей водой и льдом. Указанное устройство опускают на такую высоту, что цилиндрическая рама 21 находится на уровне поверхности воды на соответствующей для сепараторов 4 рабочей высоте. Затем путем вращения указанных сепараторов и крыльчатки 9, расположенной под ними, обеспечивается циркуляция загрязненной воды для обеспечения прохождения нефти и поверхностной воды в радиальном направлении вокруг всего устройства в направлении отделительной клети и через указанные ребра к щеткам сепаратора, при этом лед остается за ребрами. Крыльчатка обеспечивает всасывание и прохождение вниз очищенной воды. При этом не происходит смешивания загрязненной и очищенной воды; напротив, сильный и стабильный поток в направлении сборника проходит по большой площади в поверхностном слое загрязненной воды среди льда. В частности, в узких и ограниченных местах, таких как доки, данное устройство обеспечивает возможность выполнения очень хорошего и широкомасштабного очищения даже при выполнении очистки из одного местоположения. С другой стороны, данное устройство может быть очень просто и быстро перемещено из одного местоположения в другое с помощью стрелового крана.
Таким образом, характерной чертой устройств для сбора нефти согласно данному изобретению является то, что их действие не ограничено соединением с используемым судном. Они не являются несъемными частями судна, не выполнены по форме или конструкции исключительно для конкретного судна. Таким образом, предложенное устройство для сбора нефти является чрезвычайно универсальным в использовании и пригодно для использования на любом судне, которое содержит подходящее подъемное устройство. Таким образом, благодаря использованию указанного устройства при авариях с разливом нефти нет необходимости использовать специальное судно для борьбы с нефтяным разливом; указанное устройство может быть быстро доставлено к месту аварии даже на вертолете и приведено в действие за несколько часов или дней до прибытия судна для борьбы с нефтяным разливом.
Дополнительно следует отметить, что данное устройство также может быть эффективно применено на суше, т.е. при очистке пристани и побережья, при этом в качестве подъемного крана может быть использован автомобильный подъемный кран или, например, причальный подъемный кран для перевалки грузов с судна на берег, обычно используемый на грузовых кораблях. Однако для упрощения данное изобретение описано в основном как устройство, используемое на кораблях, при этом его конструкция и принцип работы не изменятся при использовании на суше, как указано выше.
Данное изобретение описано выше в виде примера со ссылкой на сопроводительные чертежи без ограничения объема его правовой охраны проиллюстрированными конструкциями. Объем изобретения, определенный формулой изобретения, включает различные варианты его выполнения.